Тема: Окислительно-восстановительные реакции
Урок: Развитие в науке представлений об окислении и восстановлении
1. Окисление и восстановление в работах Лавуазье
Впервые о процессе окисления стали говорить после доказательства А. Лавуазье, того, что кислород – составная часть воздуха. Именно тогда ученый предложил так называемую теорию горения: горение представляет собой взаимодействие вещества с кислородом воздуха. Например, процесс горения магния на воздухе описывается уравнением:
2Mg + O2 = 2MgO
В дальнейшем реакции горения стали рассматривать как частный случай реакций окисления. Например, медь не горит, а окисляется кислородом до оксида меди (II):
2Сu + O2 = 2CuO
Таким образом, в результате исследований Лавуазье, появилось такое определение процесса окисления: Окисление – это взаимодействие вещества с кислородом, в результате которого образуется оксид или несколько оксидов.
До работ Лавуазье восстановлением считался любой процесс образования простого вещества. После формирования новых представлений о процессе окисления под восстановлением стали понимать процесс, обратный окислению: Восстановление – процесс «отщепления» кислорода из оксида, приводящий к образованию простого вещества.
Например, медь восстанавливается из оксида меди (II) при его нагревании с водородом:
CuO + H2 = Cu + H2O
Водород в данном случае играет роль восстановителя (т.е. он «отщепил» атомы кислорода от оксида).
Итак, после исследований Лавуазье, представления ученых о процессе горения изменились. Горение стало рассматриваться как частный случай окисления, а процесс, обратный окислению, назвали восстановлением.
2. Факты, противоречащие теории Лавуазье
В XIX веке представления о процессах окисления и восстановления были расширены. Дополнения, вносимые в модель, были обусловлены появлением новых экспериментальных фактов, противоречащих теории Лавуазье. Например, выяснилось, что вещества могут гореть не только в атмосфере кислорода. Таким образом, натрий горит в атмосфере хлора, при этом образуется хлорид натрия (поваренная соль):
2Na + Cl2 = 2NaCl
Если в раствор сульфата меди (II) опустить железный гвоздь, то через некоторое время гвоздь покроется слоем меди.
Рис. 1. Взаимодействие железа с раствором сульфата меди(II)
Уравнение этой реакции:
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu
Очевидно, что произошло восстановление меди. Но мы опять сталкиваемся с противоречием представлениям Лавуазье: в состав ни одного из участников реакции не входят атомы кислорода. Таким образом, восстановление может протекать без отщепления атомов кислорода.
Обсудим результаты еще одного опыта, в результате которого протекает все та же реакция восстановления меди из сульфата меди (II). Для этого возьмем два стакана с растворами солей – сульфата меди (II) и сульфата железа (II). В стакан с раствором сульфата меди (II) опустим графитовый электрод, а в другой стакан (с раствором сульфата железа (II)) – железный электрод. Соединим растворы в обоих стаканах трубкой, заполненной раствором соли (соляной мостик). Подсоединим электроды к амперметру. Через некоторое время увидим, что в цепи появился электрический ток, графитовый электрод покрылся слоем меди, а часть железного электрода растворилась.
Уравнение этой реакции: Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu
Удивительно, что в ходе этой реакции железо непосредственно не соприкасалось с раствором сульфата меди (II). Интересно и то, что в ходе реакции появился электрический ток.
И еще один удивительный факт. Оказывается, что медь можно восстановить из раствора ее соли и без какого-либо реагента. В этом случае роль восстановителя будет играть отрицательно заряженный электрод. Если в стакан с раствором хлорида меди (II) опустить два графитовых электрода и пропустить через него электрический ток, то на катоде осаждается медь, а на аноде выделяется хлор.
Список рекомендованной литературы
1. Оржековский П.А. Химия: 9-й класс: учеб. для общеобраз. учрежд. / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. – М.: АСТ: Астрель, 2007. (§19)
2. Оржековский П.А. Химия: 9-ый класс: учеб для общеобр. учрежд. / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013. (§10)
3. Рудзитис Г.Е. Химия: неорган. химия. Орган. химия: учеб. для 9 кл. / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009.
4. Хомченко И.Д. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. – М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2008.
5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.
Дополнительные веб-ресурсы
1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов (видеоопыты по теме) (Источник).
2. Электронная версия журнала «Химия и жизнь» (Источник).
Домашнее задание
с. 73 №№ 2-4 из учебника П.А. Оржековского «Химия: 9-ый класс» / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013.
